第5次课-流密码(1)
流密码详解ppt课件
自同步流密码(SSSC)
密钥流生成器是一种有记忆变换器 密钥流与明文符号有关：
i 时刻的密文不仅取决于i 时刻的明文，而且与i 时刻 之前的l个明文符号有关 具有有限的差错传播 具有自同步能力 把明文每个字符扩散在密文多个字符中,强化了抗统 计分析的能力
问：SSSC是如何自同步的？请email回应。
i F ( i1, k ), zi f ( i, k ), ci E (zi,m i). i:密 钥 流 生 成 器 的 内 部 状 态 0 :密 钥 流 生 成 器 的 初 始 状 态 k : 种 子 (初 始 )密 钥 F :状 态 转 移 函 数 f :密 钥 流 生 成 函 数
k
密钥流生成器
11
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
2.1 流密码一般模型
二元加法序列密码
明文序列: m= m1 m2 m3 …; 密钥序列: z= z1 z2 z3 …; 密文序列: c= c1 c2 c3 …; 加密变换: ci=zimi (i=1,2,3,…); 解密变换: mi=zici (i=1,2,3,…).
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
2.2 线性反馈移位寄存器序列
伪随机序列 考虑二元序列: a={ai}=a0a1a2a3 ….
周期序列
定义2.1 设a= (a0, a1,…,ai,…)是一个二元序列，若 存在正整数N和非负整数m，使得ai+N=ai对于任意i m成立，则称二元序列a是终归周期序列。如果 m=0，则称序列a是严格周期序列，简称周期序列。
C语言程序设计第五次作业——循环结构（1）
C语⾔程序设计第五次作业——循环结构（1）（⼀）改错题输出华⽒摄⽒温度转换表：输⼊两个整数lower和upper，输出⼀张华⽒摄⽒温度转换表，华⽒温度的取值范围是{lower，upper}，每次增加2℉。
计算公式如下：c = 5×(f-32)/9其中，c表⽰摄⽒温度，f表⽰华⽒温度。
输⼊输出样例1： Enter lower：32 Enter upper：35 fahr celsius 32 0.0 34 1.1输⼊输出样例2： Enter lower：40 Enter upper：30 fahr celsius源程序（有错误的程序）#include <stdio.h>int main(void){int fahr , lower, upper; /* fahr表⽰华⽒度 */double celsius; /* celsius表⽰摄⽒度 */printf("Enter lower:");scanf("%d",&lower);printf("Enter upper:");scanf("%d",&upper);printf("fahr celsius\n"); /* 显⽰表头 *//* 温度转换 */for (fahr = lower , fahr <= upper, fahr ++) ;celsius = 5 /9 * (fahr - 32.0);printf("%3.0f %6.1f\n", fahr, celsius);return 0;}对源程序进⾏编译，结果如下：错误信息1：错误原因：for语句后⾯加了分号。
改正⽅法：将分号去掉。
错误信息2：错误原因：for语句下没有加“{}“改正⽅法：在for语句下加上“{}”错误信息3：错误原因：发现for语句内语句⽤逗号隔开了。
密码学基础课件北大
➢ DES ➢ 其他密码算法
AES密码算法
➢ Rijndael
经典密码算法
替换技术
➢ Caesar加密制 ➢ 单表替换加密制 ➢ Playfair加密制 ➢ Hill加密制 ➢ 多表加密制
置换技术
➢ 改变字母的排列顺序，比如
➢ 用对角线方式写明文，然后按行重新排序 ➢ 写成一个矩阵，然后按照新的列序重新排列
加密算法的有效性
Unconditionally secure，绝对安全？
➢ 永不可破，是理想情况，理论上不可破，密 钥空间无限，在已知密文条件下，方程无解 。但是我们可以考虑：
➢ 破解的代价超过了加密信息本身的价值 ➢ 破解的时间超过了加密信息本身的有效期
Computationally secure，
电子簿模式ECB
相同明文相同密文 同样信息多次出现造
成泄漏 信息块可被替换 信息块可被重排 密文块损坏仅对应
明文块损坏 适合于传输短信息
密码块链接CBC
需要共同的初始化 向量IV
相同明文不同密 文
初始化向量IV可以 用来改变第一块
密文块损坏两明 文块损坏
安全性好于ECB
密码反馈方式CFB
➢ RC5版本：RC5-w/r/b ➢ 算法作者建议标定版本为RC5-32/12/16
RC5加密算法
三个基本运算
➢ 字的加法，模2w +
➢ 按位异或
⊕
➢ 左循环移位
<<<
算法：
LE0 = A + S[0] RE0 = B + S[1] for i = 1 to r do
LEi = ((LEi-1⊕REi-1) <<< REi-1 + S[2*i] REi = ((REi-1⊕LEi) <<< LEi + S[2*i+1]
密码学课件3(流密码)
1 0 1 1 1 0
即输出序列为101110111011…，周期为4。 如果移位寄存器的反馈函数f(a1,a2,…,an)是a1，a2，…，an的 线性函数，则称之为线性反馈移位寄存器LFSR（linear feedback shift register）。此时f可写为 f(a1,a2,…,an)=cna1 cn-1a2 … c1an 其中常数ci=0或1 2加法。ci=0或1可用开关的断开 和闭合来实现，如图2.10所示。
实际使用的数字保密通信系统一般都是二元系统因而在有限域cf2上讨论的二元加法流密码如图23是目前最为常用的流密码体制其加密变换可表示为y211同步流密码常用的流密码体制图23加法流密码体制模型图23加法流密码体制模型一次一密密码是加法流密码的原型
第2章 流密码
2.1 流密码的基本概念 2.2 线性反馈移位寄存器（重点） 2.3 线性移位寄存器的一元多项式（不做要求） 2.4 m序列的伪随机性（不做要求） 2.5 m序列密码的破译（不做要求） 2.6 非线性序列（部分内容） 习题
图2.6 密钥流生成器的分解
图2.6 密钥流生成器的分解
目前最为流行和实用的密钥流产生器如图2.7所示，其驱 动部分是一个或多个线性反馈移位寄存器。
图2.7 常见的两种密钥流产生器
图2.7 常见的两种密钥流产生器
2.2 线性反馈移位寄存器
移位寄存器是流密码产生密钥流的一个主要组成部分。 GF(2)上一个n级反馈移位寄存器由n个二元存储器与一个反馈 函数f(a1,a2,…,an)组成，如图2.8所示。
2.1 流密码的基本概念
流密码的基本思想是利用密钥k产生一个密钥流z=z0z1…，并使 用如下规则对明文串x=x0x1x2…加密： y=y0y1y2…=Ez0(x0)Ez1(x1)Ez2(x2)…。密钥流由密钥流发生器f产生： zi=f(k,σi)，这里σi是加密器中的记忆元件（存储器）在时刻i的状 态，f是由密钥k和σi产生的函数。 分组密码与流密码的区别就在于有无记忆性（如图2.1）。流密 码的滚动密钥z0=f(k,σ0)由函数f、密钥k和指定的初态σ0完全确定。 由于输入加密器的明文可能影响加密器中内部记忆元件的存储状 态，因而σi(i>0)可能依赖于k，σ0，x0，x1，…，xi-1等参数。
密码学基础教学大纲完整版
《密码学基础》课程教学大纲（课程代码：07310620）课程简介密码学基础是信息安全专业的一门技术基础课程，该课程的学习将为后续的信息安全课程打下基础，同时也为将来从事信息安全研究和安全系统的设计提供必要的基础。
该课程主要讲授流密码（古典密码学）分组密码学、公钥密码学、密钥分配与管理、信息认证和杂凑算法、数字签名以及网络加密与认证等几个部分，在其中将学习各种加解密、散列函数、单向函数、签名模式及伪随机发生器等多种密码学工具，以及如何应用这些工具设计一个实现基本信息安全目标的系统（目前学时不够，没有安排）。
基本密码学工具的掌握和应用这些工具构造安全服务就是本课程的基本目标。
本课程具有如下特点：（一）依赖很强的数学基础本课程需要数论、近世代数、概率论、信息论、计算复杂性等数学知识作为学习的基础。
这些数学基础的讲解既要体现本身的体系性，同时还要兼顾密码学背景。
（二）可扩展性强各种具体方法的学习不是本课程的最终目标，背后的基本原理以及应用这些原理设计新工具的能力才是本课程的最终目标。
（三）课程内容复杂且涉及面广由于密码学内容丰富，且包含许多复杂的知识点，所以本课程的讲授以线为主，即在基本主线的勾勒基础上对授课内容及复杂程度做出取舍。
本课程先修课程有：数据结构、近世代数、概率论、高等数学、高级语言程序设计等。
后续课程有信息安全扫描技术、PKI技术、病毒学等专业课程。
课程教材选用国内信息安全优秀教材杨波编著的《现代密码学》（清华大学出版社），同时参考国外优秀教材：《经典密码学与现代密码学》,Richard Spillman，清华大学出版社、Douglas R. Stinson著，冯登国译的《密码学原理和实践》，电子工业出版社,2003年2月第二版。
另外还向学生推荐国内的一些具有特色的操作系统教材如胡向东编写的《应用密码学教程》（电子工业出版社）等。
实验教材选用自编的实验指导书，同时参考上海交大的“信息安全综合实验系统实验指导书”，除了这些教材之外，学校的图书馆为师生提供了相关的学术期刊和图书。
密码学导论
计算机单机，专人操作
网络时代 • 需要自动工具来保护存储在计算机
中的文件及其它信息
• 需要可靠措施来保护网络和通信链
接中的数据传输
计算机安全：单机数据安全
网络安全：传输过程中的数据安全
密码学导论--中国互科联学技网术安大全学 ：全网络上的数据安全
4
一个通信安全的例子
❖ Alice与Bob通信
Alice
密码编码学与网络安全：原理与实践(第六版 •William Stallings, 电子工业出版社，2006年
❖ 参考书：
)
应用密码学——协议、算法与C源程序
•Bruce Schneier, 机械工业出版社，2001
密码编码学和密码分析
•机械工业出版社，吴世忠等译，2001年
密码学与计算机网络安全
•卿斯汉，清华大学出版社，2001年
密码学导论中国科学技术大学绪论经典技术与理论经典密码密码学理论基础密码算法分组密码流密码公开密钥密码媒体内容安全基础安全技术消息认证及其算法数字签名与认证密码应用密钥管理与应用密码协议
本章目录
第一节 复杂的信息安全
• 信息安全的复杂性 • 安全框架与模型
第二节 密码学的历史
第三节 密码学基本概念
• 基本术语、基本模型、基本原则、基本参数 • 安全的种类、密码分析基本类型 • 密码体制分类
多方协议，……
密码学导论--中国科学技术大学
10
网络访问安全模型
用户
访问通道
看门 函数
❖ 使用网络访问安全模型需要：
选择合适的看门函数识别用户 实现安全控制，确保仅授权用户可以使用指定信息或资源
❖ 可信计算机系统有助于实现此模型
信息系统
网络安全基础第三版课后完整答案
加油 计算机网络安全第一章：1、什么是OSI安全体系结构？安全攻击 安全机制 安全服务2、被动和主动安全威胁之间有什么不同？被动攻击的本质是窃听或监视数据传输；主动攻击包含数据流的改写和错误数据流的添加3列出并简要定义被动和主动安全攻击的分类？被动攻击：小树内容泄漏和流量分析；主动攻击：假冒，重放，改写消息，拒绝服务4、列出并简要定义安全服务的分类？认证，访问控制，数据机密性，数据完成性，不可抵赖性5、列出并简要定义安全机制的分类？加密，数字签名，访问控制，数据完整性，可信功能，安全标签，事件检测，安全审计跟踪，认证交换，流量填充，路由控制，公证，安全恢复。
第二章：1、对称密码的基本因素是什么？明文，加密算法，秘密密钥，密文，解密算法2、加密算法使用的两个基本功能是什么？替换和转换3、两个人通过对称密码通信需要多少个密钥？1个4、分组密码和流密码的区别是什么？流密码是一个比特一个比特的加密，分组密码是若干比特（定长）同时加密。
比如des是64比特的明文一次性加密成密文。
密码分析方面有很多不同。
比如流密码中，比特流的很多统计特性影响到算法的安全性。
密码实现方面有很多不同。
比如流密码通常是在特定硬件设备上实现。
分组密码既可以在硬件实现，也方便在计算机上软件实现。
5、攻击密码的两个通用方法是什么？密钥搜索和夯举方法6、什么是三重加密？在这种方式里，使用三个不同的密钥对数据块进行三次加密，三重DES 的强度大约和112-bit的密钥强度相当。
三重DES有四种模型。
（a）使用三个不同密钥，顺序进行三次加密变换（b）使用三个不同密钥，依次进行加密-解密-加密变换（c）其中密钥K1=K3,顺序进行三次加密变换（d）其中密钥K1=K3，依次进行加密-解密-加密变换7、为什么3DES的中间部分是解密而不是加密？3DES加密过程中的第二步使用的解密没有密码方面的意义。
它的唯一好处是让3DES的使用者能够解密原来单重DES使用者加密的数据8、链路层加密和端到端加密的区别是什么？对于链路层加密，每条易受攻击的通信链路都在其两端装备加密设备。
网络安全基本应用与标准规定第五版课后答案解析
第1章【思考题】1.1OSI安全体系结构是一个框架，它提供了一种系统化的方式来定义安全需求，并描述满足这些需求的方法。
该文档定义了安全攻击、机制和服务，以及这些类别之间的关系。
1.2被动攻击与窃听或监视传输有关。
电子邮件、文件传输和客户机/服务器交换是可以监视的传输示例。
主动攻击包括修改传输的数据和试图未经授权访问计算机系统。
1.3被动攻击：发布消息内容和流量分析。
主动攻击：伪装、重播、修改消息和拒绝服务。
1.4认证：保证通信实体是其声称的实体。
访问控制：防止未经授权使用资源（即，此服务控制谁可以访问资源，在什么条件下可以进行访问，以及允许访问资源的人做什么）。
数据保密：保护数据不被未经授权的泄露。
数据完整性：确保接收到的数据与授权实体发送的数据完全一致（即不包含修改、插入、删除或重播）。
不可否认性：提供保护，以防止参与通信的实体之一拒绝参与全部或部分通信。
可用性服务：系统或系统资源的属性，根据系统的性能规范，经授权的系统实体可根据需要访问和使用（即，如果系统在用户请求时根据系统设计提供服务，则系统可用）。
【习题】1.1系统必须在主机系统和交易传输期间对个人识别号保密。
它必须保护账户记录和个人交易的完整性。
东道国制度的有效性对银行的经济福祉很重要，但对其受托责任却不重要。
个人取款机的可用性不那么令人担忧。
1.2系统对个人交易的完整性要求不高，因为偶尔丢失通话记录或账单记录不会造成持续损害。
然而，控制程序和配置记录的完整性是至关重要的。
没有这些，交换功能将被破坏，最重要的属性-可用性-将被破坏。
电话交换系统还必须保护个人通话的机密性，防止一个来电者偷听另一个来电。
1.3 a.如果系统用于发布公司专有材料，则必须确保保密性。
b.如果系统被用于法律或法规，则必须确保其完整性。
c.如果该系统用于出版日报，则必须确保其可用性。
1.4 a.在其Web服务器上管理公共信息的组织确定不存在保密性损失（即保密性要求不适用）、完整性损失的中度潜在影响和可用性损失的中度潜在影响。
现代密码学杨波课后习题讲解
习题
习题
3.设 n=4,n=f(a1,a2,a3,a4)=a1⊕a4⊕1⊕a2a3，初始状态为 (a1,a2,a3,a4)=(1,1,0,1)，求此非线性反馈移位寄存器的输出 序列及周期。
解：列出该非线性反馈移位寄存器 的状态列表和输出列（如右图）： a5 111 0 1
a6 111 0 1
n n
注意：(ab mod 2n)相当于 ab 的 n 个有效最低位，(ab div 2n) 是 ab 右移 n 位。 IDEA：明文、分组、密钥、8轮迭代（不是传统的feistel）、 输出变换
习题
习题
习题
第四章 公钥密码
习题
1.证明以下关系： (1) (a mod n) (b mod n), 则a b mod n (2) a b mod n, 则b a mod n (3) a b mod n, b c mod n, 则a c mod n 解：（1）设 a mod n ra , b mod n rb ，由题意得 ra rb ，且存在 整数 j , k ，使得 a jn ra , b kn rb , 可得 a b ( j k )n, 即n | (a b), 证得 a b mod n
1
1 1 1 1 0 1 c3c2c1 010 101 1 1 0
由此可得密钥流的递推关系为：
信息安全概论课后答案
信息安全概论课后答案信息安全概论课后答案四45五3六57十4十一34十二47没做“信息安全理论与技术”习题及答案教材：《信息安全概论》段云所，魏仕民，唐礼勇，陈钟，高等教育出版社第一章概述（习题一，p11） 1.信息安全的目标是什么？答：信息安全的目标是保护信息的机密性、完整性、抗否认性和可用性；也有观点认为是机密性、完整性和可用性，即CIA(Confidentiality,Integrity,Availability)。
机密性（Confidentiality）是指保证信息不被非授权访问；即使非授权用户得到信息也无法知晓信息内容，因而不能使用完整性（Integrity）是指维护信息的一致性，即信息在生成、传输、存储和使用过程中不应发生人为或非人为的非授权簒改。
抗否认性（Non-repudiation）是指能保障用户无法在事后否认曾经对信息进行的生成、签发、接收等行为，是针对通信各方信息真实同一性的安全要求。
可用性（Availability）是指保障信息资源随时可提供服务的特性。
即授权用户根据需要可以随时访问所需信息。
2.简述信息安全的学科体系。
解：信息安全是一门交叉学科，涉及多方面的理论和应用知识。
除了数学、通信、计算机等自然科学外，还涉及法律、心理学等社会科学。
信息安全研究大致可以分为基础理论研究、应用技术研究、安全管理研究等。
信息安全研究包括密码研究、安全理论研究；应用技术研究包括安全实现技术、安全平台技术研究；安全管理研究包括安全标准、安全策略、安全测评等。
3. 信息安全的理论、技术和应用是什么关系？如何体现？答：信息安全理论为信息安全技术和应用提供理论依据。
信息安全技术是信息安全理论的体现，并为信息安全应用提供技术依据。
信息安全应用是信息安全理论和技术的具体实践。
它们之间的关系通过安全平台和安全管理来体现。
安全理论的研究成果为建设安全平台提供理论依据。
安全技术的研究成果直接为平台安全防护和检测提供技术依据。
密码学课件3(流密码)
1 0 1 1 1 0
即输出序列为101110111011…，周期为4。 如果移位寄存器的反馈函数f(a1,a2,…,an)是a1，a2，…，an的 线性函数，则称之为线性反馈移位寄存器LFSR（linear feedback shift register）。此时f可写为 f(a1,a2,…,an)=cna1 cn-1a2 … c1an 其中常数ci=0或1 2加法。ci=0或1可用开关的断开 和闭合来实现，如图2.10所示。
流密码与分组密码的比较：
流密码的特点： 优点：处理速度快，实时性能好，错误传播小 缺点：明文扩散性差，密钥须同步 分组密码的特点：
优点：明文扩散性好，不需密钥同步
缺点：加密速度慢，错误易扩散和传播
图2.1 分组密码和流密码的比较
图2.1 分组密码和流密码的比较
2.1.1 同步流密码
根据加密器中记忆元件的存储状态σi是否依赖于输入的明文 字符，流密码可进一步分成同步和自同步两种。σi独立于明文 字符的叫做同步流密码，否则叫做自同步流密码。由于自同 步流密码的密钥流的产生与明文有关，因而较难从理论上进 行分析。目前大多数研究成果都是关于同步流密码的。在同 步流密码中，由于zi=f(k,σi)与明文字符无关，因而此时密文字 符yi=Ezi(xi)也不依赖于此前的明文字符。因此，可将同步流密 码的加密器分成密钥流产生器和加密变换器两个部分。如果 与上述加密变换对应的解密变换为xi=Dzi(yi)，则可给出同步 流密码体制的模型如图2.2所示。
1
从而得到
0 1 c5 c4 c3 c2 c1 0 1 0 0 0 0 0 1
1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 11 0 11 0
密码学第7章 流密码-文档资料
序列密码对密钥流的要求
二元加法流密码：若密钥流序列完全随机，就是一个完善的保密 系统（一次一密）。
实际使用的密钥流序列(以下简称密钥)都是按一定算法生成的， 因而不可能是完全随机的，所以也就不可能是完善保密系统。
为了尽可能提高系统的安全强度，就必须要求所产生的密钥流序 列尽可能具有随机序列的特征。
第7章 流密码
流密码的基本概念 线性反馈移位寄存器 线性移位寄存器的一元多项式表示 m序列的伪随机性 m序列密码的破译 非线性序列
流密码的基本概念
流密码又称为序列密码 流密码的基本思想：
利用密钥 k 产生一个密钥流 z z0z1z2 明文串 x x0 x1x2 加密规则： y y0 y1 y2 Ez0 (x0 )Ez1 (x1)Ez2 (x2 ) 密钥流由密钥流发生器 f 产生： zi f (k, i ) i 是加密器中的记忆元件（存储器）在时刻 i 的 状态， f 是由密钥 k 和 i 产生的函数。
如果与上述加密变换对应的解密变换为 xi Dzi ( yi ) ，则可给出同步 流密码体制的模型如下图所示。
同步流密码体制模型
同步流密码的加密变换 Ezi 可以有多种选择，只要保证变换 是可逆的即可。
实际使用的数字保密通信系统一般都是二元系统，因而在 有限域 GF(2)上讨论的二元加法流密码（如图）是目前最 为常用的流密码体制，其加密变换可表示为 yi zi xi 。
一时刻的状态可用 n 长序列
或 n 维向量
a1, a2,
表示，其中 ai 是第 i 级存储器的内容。
初始状态由用户确定 当移位时钟脉冲到来时，每一级存储器 ai 都将其内容向
下一级 ai1 传递，并根据寄存器此时的状态 a1, a2, , an 计算 f (a1, a2, , an ) ，作为下一时刻的 an 。 反馈函数 f (a1, a2, , an ) 是 n 元布尔函数，即 n 个变元 a1, a2, , an 可以独立地取 0 和 1 这两个可能的值，函数中 的运算有逻辑与、逻辑或、逻辑补等运算，最后的函数 值也为 0 或 1。
第6章__流密码
从密码系统的角度看，一个伪随机序列还应 满足下面的条件： 1. {ai}的周期相当大; 2. {ai}的确定在计算上是容易的;
3. 由密文及相应的明文的部分信息，不能确定整 个{ai}。
bojia@
定理6-9：
GF(2)上的n长m序列{ai}具有如下性质： 1. 在一个周期内，0、1出现的次数分别为2n-11和2n-1。 2. 在一个周期内，总游程数为2n-1；对1≤i≤n-2， 长为i的游程有2n-i-1 个，且0、1游程各半；长 为n-1的0游程一个，长为n的1游程一个。 3. {ai}的自相关函数为：
同步序列流密码的关键是密钥流产生器， 一般可将它看成一个参数为k的有限状态机。
bojia@
密钥生成器可以用线性反馈移位寄存器 （LFSR）构造。其驱动部分是一个或多个线 性反馈移位寄存器。 但是这种方法是不安全的，只要掌握有 限数量的明文和密文对，密码分析员就可以 推导出全部密钥流。甚至一个好的伪随机序 列生成器也未必适合构造密钥生成器。
bojia@
6.3.3 m序列密码的伪随机性和破译
流密码的安全性取决于密钥流的安全 性，要求密钥流序列有好的随机性，以使 密码分析者对它无法预测。
即使截获其中一段，也无法推测后面 是什么。若密钥流是周期的，要完全做到 随机性是困难的。 严格地说，这样的序列不可能做到随 机，只能要求截获比周期短的一段密钥流 时不会泄露更多信息，这样的序列称为伪 随机序列。
GSM会话每帧含有228比特，A5算法每 次会话产生228比特密钥，算法的密钥长64比 特，还有一个22比特的帧数。
bojia@
A5算法是一种典型的基于LFSR的流密码算 法，有两个版本：强的A5/1和弱的A5/2。 它由3个LFSR组成，是一种集互控和停走 于一体的钟控模型，然而A5算法没有完全公开。
密码学概述
在第二次世界大战中，密码的应用与破译成为影响战争 胜负的一个重要因素。如，1940年太平洋战争中，美军破 译了日军所使用的密钥；在后来的中途岛海战中，日军再 次使用了同样的密钥，电报被美军截获后成功破译，使得 其海军大将的座机被击落。
明文 hello world
密钥：K=5 密文 mjqqt btwqi
解密算法：(C-K) mod 26
22
3. 密码系统数学模型
发送信息的一方使用密钥K加密明文M，通过加密 算法得到密文C，即C = EK（M）；接收信息的一 方使用密钥K’解密密文C，通过解密算法得到明文 M，即M = DK’ ( C )；K与K’可能相等，也可能不等 ，具体取决于所采用的密码体制。
21
3. 密码系统数学模型
例如：恺撒密码体制
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
加密算法：(M+K) mod 26
两个分支：是既相互对立，又相互依存的科学。
16
2. 密码系统构成
密码系统主要包括以下几个基本要素：明文、密文、加密算法 、解密算法和密钥。
明文（plaintext）：希望得到保密的原始信息。
密文（ciphertext）：明文经过密码变换后的消息。
加密（encryption）：由明文变换为密文的过程。 解密（decryption）：从密文恢复出明文的过程。
现代密码学(清华大学出版社)课堂课件
驱动子系统常用一个或多个线性反馈移位寄存 器来实现，
非线性组合子系统用非线性组合函数F来实现。
第3章 分组密码体制
3.1 分组密码概述 3.2 数据加密标准 3.3 差分密码分析与线性密码分析 3.4 分组密码的运行模式 3.5 IDEA 3.6 AES算法——Rijndael 习题
• •
2流单.1密击流码此密处码编的基辑本母概版念标题样式
关键密钥流产生器
• •同单步击流此密处码编辑母版副标题样式 • 自同步流密码
• 有限状态自动机
• 密钥流序列具有如下性质：
极大的周期、良好的统计特性、抗线性分析、抗 统计分析。
• 密钥流产生器：驱动部分和非线性组合部分
图2.7 常见的两种密钥流产生器
•单无击条此件处安编全辑母版标题样式
• 如果算法产生的密文不能给出唯一决定相应明 文的足够信息，无论截获多少密文，花费多少时
• 单间击都此不处能编解辑密母密版文副。标题样式 • Shannon指出，仅当密钥至少和明文一样长时
达到无条件安全（即一次一密）
• 计算安全
– 破译密文的代价超过被加密信息的价值
（data encryption standard, DES）
应单用击中此对处于编分辑组母码版的标要题求样式
• 安全性
•• 单运击行此速处度编辑母版副标题样式 • 存储量(程序的长度、数据分组长度、高速缓存大
小)
• 实现平台(硬、软件、芯片)
• 运行模式
称单明击文此分处组编到辑密母文版分标组题的样可式逆变换为代换
• 设计的算法应满足下述要求：
• 分组长度n要足够大，使分组代换字母表中的元素 • 单个击数此2n处足编够辑大母，版防副止标明题文样穷式举攻击法奏效。
上海交大密码学课件--第二讲：序列密码
例4. 如图为一种4级LFSR，其联接多项 式为 x4 x3 x2 x 1
如取初始状态为(a1, a2, a3, a4)=(1,1,1,1)其状态转移图为：
输出序列为10001 10001……，周期为5。
如取初始状态为(a1, a2, a3, a4)=(0,0,0,1)，其状态转移图为：
k j f (a1 j,a2 j ,...., anj )
钟控生成器
基本思想是：用一种或多种移位寄存器来控制另一种或多种移位寄存器 旳时钟，这么旳序列生成器叫做钟控生成器(clock-controlled generator)， 也叫停走生成器(stop and go generator)，最终旳输出被称为钟控序列， 基本模型如图所示。
反馈移位寄存器
线性反馈移位寄存器 假如反馈函数形如 :
f (a1, a2 ,..., an ) cna1 cn1a2 ... c1an
ci 0,1
这里旳加法运算为模2加，乘法运算为一般乘法， 则称该反馈函数是a1, a2,…,an旳线性函数， 相应旳反馈移位寄存器称为线性反馈移位寄存器，用LFSR表达。
流密码完整构造
安全性:
流密码旳安全性完全取决于密钥旳安全等级.
实用旳流密码以少许旳、一定长度旳种子密钥经过逻 辑运算产生周期较长、可用于加解密运算旳伪随机序 列。
2.1.2同步流密码与自同步流密码
同步流密码:密钥流旳产生与明文消息流相互独立
密钥流与明文串无关，所以同步流密码中旳每个密文ci 不依赖于之 前旳明文mi-1，……，m1。从而，同步流密码旳一种主要优点就 是无错误传播：在传播期间一种密文字符被变化只影响该符号旳恢 复，不会对后继旳符号产生影响。
2.1.1 流密码简朴构造
密码编码学与网络安全 课后习题答案
密码编码学与网络安全部分课后习题答案1.1 什么是OSI安全体系结构？OSI安全体系结构是一个架构，它为规定安全的要求和表征满足那些要求的途径提供了系统的方式。
该文件定义了安全攻击、安全机理和安全服务，以及这些范畴之间的关系。
1.2 被动安全威胁和主动安全威胁之间的差别是什么？被动威胁必须与窃听、或监控、传输发生关系。
电子邮件、文件的传送以及用户/服务器的交流都是可进行监控的传输的例子。
主动攻击包括对被传输的数据加以修改，以及试图获得对计算机系统未经授权的访问。
1.4验证：保证通信实体之一，它声称是。
访问控制：防止未经授权使用的资源（即，谁可以拥有对资源的访问，访问在什么条件下可能发生，那些被允许访问的资源做这个服务控制）。
数据保密：保护数据免受未经授权的披露。
数据完整性：保证接收到的数据是完全作为经授权的实体（即包含任何修改，插入，删除或重播）发送。
不可否认性：提供保护反对否认曾参加全部或部分通信通信中所涉及的实体之一。
可用性服务：系统属性或访问和经授权的系统实体的需求，可用的系统资源，根据系统（即系统是可用的，如果它提供服务，根据系统设计，只要用户要求的性能指标它们）。
第二章1.什么是对称密码的本质成分？明文、加密算法、密钥、密文、解密算法。
4.分组密码和流密码的区别是什么？流密码是加密的数字数据流的一个位或一次一个字节。
块密码是明文块被视为一个整体，用来产生一个相同长度的密文块......分组密码每次处理输入的一组分组，相应的输出一组元素。
流密码则是连续地处理输入元素，每次输出一个元素。
6.列出并简要定义基于攻击者所知道信息的密码分析攻击类型。
惟密文攻击：只知道要解密的密文。
这种攻击一般是试遍所有可能的密钥的穷举攻击，如果密钥空间非常大，这种方法就不太实际。
因此攻击者必须依赖于对密文本身的分析，这一般要运用各种统计方法。
已知明文攻击：分析者可能得到一个或多个明文消息，以及它们的密文。
有了这些信息，分析者能够在已知明文加密方式的基础上推导出某些关键词。
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线性反馈移位寄存器序列概念
移位寄存器是流密码产生密钥流的一个主要组成部分。 GF(2)上一个n级反馈移位寄存器由n个二元存储器与 一个反馈函数f(a1,a2,…,an)组成，如图所示。
每一存储器称为移位寄存器的一级，在任一时刻，这些级的内容构成该反馈移位寄 存器的状态，每一状态对应于GF(2)上的一个n维向量，共有2n种可能的状态。每 一时刻的状态可用n长序列表示:
流密码强度完全依赖于密钥序列的随机性 (Randomness)和不可预测性(Unpredictability)。
核心问题是密钥流生成器的设计。
保持收发两端密钥流的精确同步是实现可靠解密的关
键技术。
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流密码的框图
kI
安全信道
··· KG
ki
mi
ci
ci
Eki(mi)
···
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流密码的分类(2)
自同步流密码SSSC(Self-Synchronous Stream Cipher)
i 依 赖 于 (kI,i-1,mi) ， 使 密 文 ci 不 仅 与 当 前 输 入 mi有关，而且由于ki对i的关系而与以前的输入m1, m2 ,…,mi-1有关。一般在有限的n级存储下将与mi1,…,mi-n有关。
Yj＝f 1(sj ,Xj)
第j时刻输入Xj X ，输出Yj Y
Sj+1 ＝f 2(sj ,Xj)
第j时刻输入Xj ∈X ，状态变为Sj+1∈S
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例 S={s1,s2,s3},X={x1, x2,x3},Y=(y1,y2,y3)
转移函数
f1 x1 x2 X3 s1 y1 y3 y2 s2 y2 y1 y3 s3 y3 y2 y1
非线性反馈移位寄存器
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状态 （a1,a2,a3)
101 110 111 011 101 110
输出
1 0 1 1 1 0
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如果移位寄存器的反馈函数f(a1,a2,…,an)是a1， a2，…，an的线性函数，则称之为线性反馈移位寄存器 LFSR（linear feedback shift register）。 此时f可写为
f2 x1 x2 X3 s1 s2 s1 s3 s2 s3 s2 s1 s3 s1 s3 s2
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FA的状态图表示
若输入为 x1x2x1x3x3x1 初始状态s1
状态序列：s1s2s2s3s2s1s2 输出序列： y1 y1 y2 y1 y3 y1
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作为FA的密钥流产生器
优点：具有自同步能力，强化了其抗统计分析的能力
缺点：有n位长的差错传播。
密钥流与明文流不相互独立！
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同步流密码
密钥流产生器 加密变换器
主要问题：设计一个滚动的密钥产生器， 使k经其扩展成一个密钥流具有以下性质： 极大的周期、良好的统计特性、抗线性 分析、抗统计分析。
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a1,a2,…,an
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例：3级LFSR
1
2
3
第0时刻 0
0
1
第1时刻 1
0
0
第2时刻 1
1
0
第3时刻 1
1
1
第4时刻 0
1
1
第5时刻 1
0
1
第6时刻 0
1
0
第7时刻 0
0
1
产生序列为：1001110……
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例： 3级反馈移位寄存器，其初始状态为 (a1,a2,a3)=(1,0,1)，输出可由表求出
输出函数ψ
可将此类产生器分为驱动部分和非线性 组合部分。
驱动部分控制状态转移 LFSR
非线性组合部分提供统计特性良好的序列
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两种常见的密钥流产生器
LFSR 非线性组合函数
zi
LFSR LFSR
LFSR
非 线
性 ziபைடு நூலகம்
组 合 函 数
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第三章 流密码
一、流密码的基本概念 二、线性反馈移位寄存器序列 三、线性移位寄存器的一元多项式表示 四、m序列的伪随机性 五、m序列密码的破译
第三章 流密码
一、流密码的基本概念 二、线性反馈移位寄存器序列 三、线性移位寄存器的一元多项式表示 四、m序列的伪随机性 五、m序列密码的破译
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一、流密码的基本概念
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流密码的基本概念
加密 解密
ci mi ki mi ci ki
流密码是将明文划分成字符(如单个字母)，或其编码 的基本单元(如0, 1数字)，字符分别与密钥流作用进行 加密，解密时以同步产生的同样的密钥流实现。
密钥流生成器的内部状态，以存储单元的存数矢量描述。
ki f (k,i )
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流密码的分类(1)
同步流密码SSC(Synchronous Stream Cipher)：
i与明文消息无关，密钥流将独立于明文。
特点：
对于明文而言，这类加密变换是无记忆的。但它是时变 的。
只有保持两端精确同步才能正常工作。 对主动攻击时异常敏感而有利于检测 无差错传播(Error Propagation)
f (a1, a2 , , an ) cna1 cn1a2 c1an
k
φ
i
k
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同步流密码的密钥流产生器可看为一 个参数为k的FA
输出集Z，状态集Σ，状态转移函数φ 和输出函数ψ，初态0
(Z, ,, , 0 )
设计的关键是φ和ψ
采用非线性函数
ψ
zi
k
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作为FA的密钥流产生器
(Z, ,, , 0 )
具有非线性的φ的FA理论很不完善，通 常采用线性状态转移函数φ以及非线性的
kI
··· KG
ki mi
Eki(mi)
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流密码的框图
消息流：m=m1m2…mi，其中miM。 密文流：
c=c1c2…ci…=Ek1(m1)Ek2(m2)… Eki(mi)… ， ciC 。 密钥流：{ki}，i0。
一个完全随机的非周期序列，可以实现一次一密体制。但
需要无限存储单元和复杂的输出逻辑函数f。i是第i时刻
有限状态自动机FA
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有限状态自动机FA (Finite state Automation)
具有离散输入和输出（输入集和输出集均有 限）的一种数学模型
有限状态集S={si|i=1,2,…,l}
有限输入字符集X={ Xi|i=1,2,…,m}
有限输出字符集Y={ Yk|k=1,2,…,n}
转移函数